LOS SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS Y LOS

SEMICONDUCTORES DOPADOS

PRESENTADO POR:

VÍCTOR GONZALES

INGENIERÍA DE SISTEMAS E INFORMÁTICA

IV CICLO

CURSO : FÍSICA ELECTRÓNICAPROF. : JUAN MENDOZA NOLORBE

INTRODUCCIÓN

Un semiconductor es un material o compuesto que tiene propiedades aislantes o conductoras. Unos de los elementos más usados como semiconductores son el silicio, el germanio y selenio, además hay otros que no son elementos como los mencionados anteriormente si no que son compuestos como lo son el Arseniuro de Galio, el Telururo de Plomo y el Seleniuro de Zinc.(1)

Describiremos la importancia y las propiedades de los semiconductores intrínsecos y los semiconductores dopados.

(1) http://fisicadesemiconductores.blogspot.com/

LOS SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS (2)

Es un semiconductor puro. A temperatura ambiente se comporta como un aislante porque solo tiene unos pocos electrones libres y huecos debidos a la energía térmica.

En un semiconductor intrínseco también hay flujos de electrones y huecos, aunque la corriente total resultante sea cero. Esto se debe a que por acción de la energía térmica se producen los electrones libres y los huecos por pares, por lo tanto hay tantos electrones libres como huecos con lo que la corriente total es cero.

Intrínseco indica un material semiconductor extremadamente puro contiene una cantidad insignificante de átomos de impurezas. Donde n=p=ni

(2) http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina4.htm

FLUJO ESTABLE DE ELECTRONES LIBRES Y HUECOS DENTRO DEL SEMICONDUCTOR (3)

Cuando los electrones libres llegan la extremo derecho del cristal, entran al conductor externo (normalmente un hilo de cobre) y circulan hacia el terminal positivo de la batería. Por otro lado, los electrones libres en el terminal negativo de la batería fluirían hacia el extremos izquierdo del cristal. Así entran en el cristal y se recombinan con los huecos que llegan al extremo izquierdo del cristal. Se produce un flujo estable de electrones libres y huecos dentro del semiconductor.

(3) http://quintonochea.wikispaces.com/semiconductores1

GENERACIÓN TÉRMICA DE PARES ELECTRÓN-HUECO (4)

Si un electrón de valencia se convierte en electrón de conducción deja una posición vacante, y si aplicamos un campo eléctrico al semiconductor, este “hueco” puede ser ocupado por otro electrón de valencia, que deja a su vez otro hueco. Este efecto es el de una carga +e moviéndose en dirección del campo eléctrico. A este proceso le llamamos ‘generación térmica de pares electrón-hueco’

(4) http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925812.html

EJEMPLO El silicio en su modelo

bidimensional, Vemos como cada átomo de silicio se rodea de sus 4 vecinos próximos con lo que comparte sus electrones de valencia.

A 0ºK todos los electrones hacen su papel de enlace y tienen energías correspondientes a la banda de valencia. Esta banda estará completa, mientras que la de conducción permanecerá vacía. Es cuando hablamos de que el conductor es un aislante perfecto.

LOS SEMICONDUCTORES DOPADOS

El dopaje consiste en sustituir algunos átomos de silicio por átomos de otros elementos. A estos últimos se les conoce con el nombre de impurezas. Dependiendo del tipo de impureza con el que se dope al semiconductor puro o intrínseco aparecen dos clases de semiconductores.(5)

Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N

Sentido del movimiento de un electrón y un hueco en el silicio.

(5) http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/dopado.asp

CASO 1 DOPADO DE UN SEMICONDUCTOR (6)

Impurezas de valencia 5 (Arsénico, Antimonio, Fósforo). Tenemos un cristal de Silicio dopado con átomos de valencia 5

Los átomo de valencia 5 tienen un electrón de más, así con una temperatura no muy elevada (a temperatura ambiente por ejemplo), el 5º electrón se hace electrón libre. Esto es, como solo se pueden tener 8 electrones en la órbita de valencia, el átomo pentavalente suelta un electrón que será libre.

(6) http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina5.htm

CASO 2 Impurezas de valencia 3 (Aluminio,

Boro, Galio). Tenemos un cristal de Silicio dopado con átomos de valencia 3.

Los átomo de valencia 3 tienen un electrón de menos, entonces como nos falta un electrón tenemos un hueco. Esto es,  ese átomo trivalente tiene 7 electrones en la orbita de valencia. Al átomo de valencia 3 se le llama "átomo trivalente" o "Aceptor".

A estas impurezas se les llama "Impurezas Aceptoras". Hay tantos huecos como impurezas de valencia 3 y sigue habiendo huecos de generación térmica (muy pocos). El número de huecos se llama p (huecos/m3). (7)

(7) http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina5.htm

ELEMENTOS DOPANTES (8)

Para los semiconductores del Grupo IV como Silicio, Germanio y Carburo de silicio, los dopantes más comunes son elementos del Grupo III o del Grupo V. Boro, Arsénico, Fósforo, y ocasionalmente Galio, son utilizados para dopar al Silicio.

(8) http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)

Ejemplo de dopaje de Silicio por el Fósforo (dopaje Tipo N). En el caso del Fósforo, se dona un electrón

EJEMPLO DE DOPAJE «TIPO P» El siguiente es un

ejemplo de dopaje de Silicio por el Boro (P dopaje). En el caso del boro le falta un electrón y, por tanto, es donado un hueco de electrón.La cantidad de portadores mayoritarios será función directa de la cantidad de átomos de impurezas introducidos.

En el doping tipo p, la creación de agujeros, es alcanzada mediante la incorporación en el silicio de átomos con 3 electrones de valencia, generalmente se utiliza boro.(9)

(9) http://ecotecnologias.wordpress.com/tag/celdas-solares/

CONCLUSIONES

En la producción de semiconductores, se denomina dopaje al proceso intencional de agregar impurezas en un semiconductor extremadamente puro (también referido como intrínseco) con el fin de cambiar sus propiedades eléctricas. Las impurezas utilizadas dependen del tipo de semiconductores a dopar.

Un semiconductor es “intrínseco” cuando se encuentra en estado puro, o sea, que no contiene ninguna impureza, ni átomos de otro tipo dentro de su estructura. En ese caso, la cantidad de huecos que dejan los electrones en la banda de valencia al atravesar la banda prohibida será igual a la cantidad de electrones libres que se encuentran presentes en la banda de conducción